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2022-03-14 15:13:22
研究人員利用平面透鏡實現(xiàn)無需佩戴眼鏡的逼真3D顯示
2022-03-14 15:13:22 來源: cnBeta.COM
研究人員展示了一個不需要佩戴眼鏡的3D光場顯示系統(tǒng)原型，由于采用了新開發(fā)的平面透鏡，該系統(tǒng)的觀看距離大大延長。該系統(tǒng)則是朝著可用于電視、便攜式電子產(chǎn)品和桌面設(shè)備的緊湊型、外觀逼真的3D顯示器邁出的重要一步。
光場顯示器使用密集的光線場來產(chǎn)生全彩的實時3D視頻，這樣就不需要戴眼鏡也能觀看。這種創(chuàng)建3D顯示器的方法允許幾個人同時觀看虛擬場景，這很像一個真實的3D物體。
“大多數(shù)光場3D顯示器的觀看范圍有限，這導(dǎo)致3D虛擬圖像隨著觀察者遠(yuǎn)離設(shè)備而退化，”來自蘇州大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人Wen Qiao說道，“我們設(shè)計的納米結(jié)構(gòu)平面透鏡只有100微米厚且有非常大的聚焦深度，這使得從更遠(yuǎn)的地方可以看到高質(zhì)量的虛擬3D場景。”
研究人員發(fā)表在《Optica》上的報告中指出，他們的原型顯示器在24厘米至90厘米的觀看距離上表現(xiàn)出高效率和高色彩保真度。通過將這些特點結(jié)合起來創(chuàng)造出了一個更真實的觀看體驗。
Qiao表示：“我們開發(fā)這項新技術(shù)是希望創(chuàng)造出能讓人們在視頻會議中感覺到他們真的在一起的顯示器。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，我們設(shè)想裸眼3D顯示器將成為日常生活的正常部分并將改變?nèi)藗兣c計算機(jī)互動的方式。”
創(chuàng)造多種視圖
光場顯示器通過投射不同的視圖來創(chuàng)造逼真的圖像，進(jìn)而使3D場景在從不同角度看時看起來是一樣的。當(dāng)涉及到觀看距離時，用于創(chuàng)建這些視圖的鏡頭的焦距是一個限制性因素。
為了克服這個問題，研究人員通過將納米結(jié)構(gòu)以聚焦光線的方式圖案化在一個平面上精心設(shè)計出一個新的衍射式平面透鏡。將這些透鏡中的幾個交織在一起，使他們能創(chuàng)造出一個像素化的視圖調(diào)制器，這是一種在光場顯示中為場景創(chuàng)造各種視角的光學(xué)組件。例如一個創(chuàng)建四個視角的3D顯示器將使用四個這樣的鏡頭，每個鏡頭都將光線匯聚成一個獨(dú)特的視角。
“由于跟傳統(tǒng)的玻璃透鏡相比，平面透鏡提供了卓越的光線操縱能力，它們可以用來解決三維顯示器中有限的運(yùn)動視差、串?dāng)_、視覺疲勞和有限的觀看距離等棘手的問題，”Qiao說道。
測試原型
在表明透鏡在聚焦液晶顯示器用于創(chuàng)建圖像的紅、綠和藍(lán)光時實現(xiàn)了高分辨率后，研究人員將其納入了一個4英寸的原型3D光場顯示器，觀看距離則在24至90厘米之間。
該顯示器形成了一個平滑的水平視差，在所有觀看距離上的串?dāng)_率低于26%，這意味著很少有會導(dǎo)致眼睛疲勞或使圖像看起來不真實的錯誤。該顯示器還表現(xiàn)出高達(dá)82%的光效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他已報道的類似3D顯示系統(tǒng)。高光效對于創(chuàng)造一個明亮的虛擬圖像非常重要，特別是對于諸如便攜式電子產(chǎn)品等耗電量大的應(yīng)用。
盡管原型機(jī)表現(xiàn)出的視角只有9度，但研究人員稱，通過優(yōu)化用于制造平面透鏡的納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這個視角可以擴(kuò)大到幾乎180度。除了研究這一點外，他們還計劃通過開發(fā)出一種更復(fù)雜的設(shè)計算法來操縱每個像素的光束從而進(jìn)一步提高光效率。他們指出，為了使這種類型的顯示器能夠?qū)嶋H制造，還需要有更容易的方法來制造納米結(jié)構(gòu)。
來源：cnBeta.COM
關(guān)鍵詞： 研究人員 顯示系統(tǒng) 精心設(shè)計 液晶顯示器 視覺疲勞
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